Obiettivi Formativi

Il corso si propone di dare agli studenti un quadro generale del mondo dei nanomateriali. Una particolare attenzione sarà dedicata alle metodologie sintetiche ed alle applicazione dei nanomateriali. Alla fine del corso lo studente avrà acquisito informazioni generali sul variegato mondo dei nanomateriali. Avrà altresì acquisito le principali metodologie sintetiche di nanomateriali funzionali (approccio bottom up) e le principali tecniche di caratterizazione.

Learning Goals

The course aims to give students an overview of the world of nanomaterials. Particular attention will be devoted to synthetic methodologies and the application of nanomaterials. At the end of the course the student will acquire general information about the diversified world of nanomaterials. He will also have acquired the "bottom up" synthetic synthetic approachto functional nanomaterials and the main techniques of characterization.

Metodi didattici

Lezioni frontali con l’ausilio di materiale informatico.

Teaching Methods

Lectures with the help of PC equipment supplied by the teacher.

Prerequisiti

chimica supramolecolare

Prerequisites

supramolecular chemistry

Verifiche dell'apprendimento

Il graduale apprendimento della materia da parte dello studente sarà verificato attraverso domande e colloqui, durante lo svolgimento della lezione. La verifica dell'apprendimento finale della disciplina e l’acquisizione dei relativi CFU avverrà tramite colloquio orale. E’ opzionale una monografia (preferibilmente in inglese) su un argomento a scelta dello studente

Assessment

The student learning will be followed by questions during the development of the course. A monograph (in english) regarding a topic choisen by the student is optional. The final examination is done as an interview with questions concerning the above program

Programma del Corso

Introduzione ai materiali. Classi di materiali (metallici, elementali, ceramic, etc.). I nanomateriali: una breve storia. Definizione di Nanoscienza, nanotecnologie e nanostrutture. I nanomateriali in natura (effetto foglie di loto, zampe di gechi, etc.).I nanomateriali e le loro applicazioni. Rischi e benefici derivanti dai nanomateriali. Caratteristiche dei materiali nanostrutturati. Proprieta’ chimico fisiche dei nanomateriali e confronto con le proprietà (ottiche, termiche, meccaniche, elettriche, etc.) dei materiali in bulk e delle molecole. Esempi. (5h) Approcci generali di sintesi: (4h) Approccio fisico “top down”(fotolitografia, metodi meccanici, etc.). Approccio chimico “bottom up”: “molecular autoassembling”, “atomic assembling”. Approccio termodinamico e cinetico. IIa PARTE: Caratterizzazione dei materiali nanostrutturati. Microscopia a sonda (AFM, STM, SNOM). Microscopia ottica ed elettronica (TEM, SEM, etc.). Spettroscopia acustica. Diffrazione ai raggi X (XPS, EXAFS, etc). Diffusione dinamica della luce (DLS). Porosimetri etc. (5h) IIIa PARTE: Tipologie, sintesi, proprietà dei nanomateriali: Metallici, ceramici, “quantum dots”, ibridi organici/inorganici, meso e microstrutturati. (sintesi sol-gel, condensazione da gas, termolisi, fotolisi, dispersione da specie solvatate, dispersione su supporti, coprecipitazione, decomposizione di precursori metallici, metodo delle micelle inverse, processi hydrothermal, sintesi templata, etc.) (12h) Film mono- e multi-strati. Tecniche di self-assembly (SAM), electrostatic self-assembly (ESA), spin coating e Langmuir-Blodgett (LB) (5h) Elementali: carbon nanotubes. graphene etc. (Ablazione laser, CVD, Radio Frequency Magnetron sputtering, Scarica ad arco in vuoto (He, Ar), Scarica ad arco in liquido ( H2O, N2) etc.) Aspetti applicativi (Celle solari, MEMs, chemosensori, drug delivery, macchine molecolari, etc.) (5h) Esperienze di laboratorio: da definire……(10 CFU)

Course Syllabus

Part Ia: Introduction to materials. Classes of materials (metallic, elemental, ceramic, polymeric, etc.). Nanomaterials: a brief history. Definition of Nanoscience, nanotechnologies and nanostructures. Nanomaterials in nature (lotus leaves effect, geckos legs, etc.). Nanomaterials and their applications. Benefits and risks of nanomaterials. Characteristics of nanostructured materials. Structural and physico-chemical properties of nanomaterials and comparison with those (optical, thermal, mechanical, electrical, etc.) of bulk materials and molecules. Examples. (5h) General approaches to synthesis: (4h) Physical approach: "top down" (photolithography, mechanical methods, etc.). Chemical approach: "bottom up": "molecular autoassembling", "atomic assembling." Thermodynamic and kinetic approach. PART IIa: Characterization of nanostructured materials. Probe microscopy (AFM, STM, SNOM). Optical and electron microscopy (TEM, SEM, etc.). Acoustic spectroscopy. X-ray diffraction (XPS, EXAFS, etc). Dynamic light scattering (DLS). Porosimetry etc. (5h) Part IIIa: Classes, synthesis and properties of nanomaterials: Metallic, ceramic, "quantum dots", hybrid organic / inorganic, meso and micro-structured. (sol-gel synthesis, condensing gas, thermolysis, photolysis, scattering from solvated species, dispersion media, co-precipitation, decomposition of metal precursors, the method of reverse micelles, hydrothermal processes, synthesis templata, etc.) (12h) Film mono-and multi-layers. Techniques of self-assembly (SAM), electrostatic self-assembly (ESA), spin coating and Langmuir-Blodgett (LB) (5h) Elemental: carbon nanotubes, graphene etc. (Laser ablation, CVD, Radio Frequency Magnetron sputtering, vacuum arc deposition (He, Ar), arc deposition in liquid (H2O, N2), etc.) Applications (solar cells, MEMs, chemosensors, drug delivery, molecular machines, etc.) (5h) Laboratory experiments: (10 credits)